Индивидуальная изменчивость габаритных размеров сердца крыс на ранних этапах онтогенеза

Сегодня, как и несколько десятилетий назад, одним из наиболее приоритетных направлений в морфологических исследованиях продолжает оставаться кардиоморфология. Продолжается изучение сердца на разных уровнях — от субмикроскопического до макроанатомического, — что продиктовано, в первую очередь, нуждами практического здравоохранения. Необходимо сформировать базу знаний о строении «нормального» или, точнее, обычно сформированного сердца человека, о морфологических предпосылках возникновения коронарной болезни и её осложнений. Требуют более детального изучения врождённые пороки сердца, механизмы их морфогенеза, их морфометрическая характеристика. Однако строгое разграничение вариантов развития и строения органа и так называемых «малых» аномалий дефинитивного и тем более примордиального сердца сегодня ещё не проведено.

В своей практике клиницист ежедневно сталкивается с сердцами, которые неизбежно по тем или иным параметрам отличаются друг от друга, сталкивается с проявлениями индивидуальной и возрастной изменчивости. Между тем, достижения кардиоморфологии в области изучения изменчивости формирующихся структур весьма скромны. Следовательно, фундаментальная наука ничуть не меньше практического здравоохранения испытывает потребность в накоплении и конструктивном анализе данных по морфологии обычно сформированного сердца.

Особенно интенсивно в последние годы морфология сердца развивается по двум направлениям. Первое — экспериментальное. Интерес исследователей к вопросам создания биологических моделей вполне понятен: лабораторные животные, как и раньше, остаются сравнительно доступным, привычным и, на первый взгляд, не вызывающим каких-либо методических затруднений объектом. Второе направление лежит на стыке ряда естественных наук, таких как анатомия, гистология, цитология, молекулярная биология и генетика. Обзор иностранной литературы показывает, что в последнее десятилетие бульшая часть исследований в области кардиоморфологии носит междисциплинарный характер с акцентом на изучении молекулярных и генетических основ развития сердца и внутрисердечных структур. Исследователи стремятся ответить на вопросы причинного характера, не столько описывая сердце либо констатируя его размеры, сколько объясняя морфогенетические механизмы развития. Следует отметить, что в силу известных методических затруднений изучение морфогенеза проводится на лабораторных животных, тогда как полученные результаты необходимо применить к человеку. К сожалению, в подавляющем большинстве работ, как отечественных, так и зарубежных, исследования, блестяще проведённые на молекулярно-генетическом уровне и потребовавшие немалых затрат, не подкреплены анатомическим обоснованием правомерности экстраполяции результатов с животных на человека. Более того, выбор лабораторного животного для молекулярно-генетических, ультраструктурных и прочих «тонких» методов исследования сердца осуществляется, как правило, лишь на основании стандартных требований к биологическим моделям; требования макромикроанатомического соответствия сердца животного сердцу человека не учитываются. В лучшем случае авторы статей, говоря о возможности применения полученных результатов к морфогенезу сердца человека, упоминают, что экстраполяция допустима ввиду принадлежности человека и, положим, белой лабораторной крысы к одному классу или подклассу. На этом основании делают заключение об общем плане строения сердца у названных представителей соответствующего биологического таксона. Но позволяет ли «общий план строения» делать широкие обобщения? На наш взгляд, морфологическим исследованиям любого уровня, предполагающим перенос результатов на человека, должны предшествовать работы сравнительно-анатомического характера. Целью таких работ должна быть морфометрическая характеристика изучаемых морфологических структур человека и лабораторных животных, их сопоставление с учётом максимального количества параметров, так или иначе способных повлиять на течение морфогенеза. Для изучения морфогенетических процессов, а также для моделирования патологических состояний в кардиоморфологии традиционно используется белая крыса (Rattus norvegicus, var. alba). Однако, несмотря на широкое использование белой крысы в лабораторной и экспериментальной практике, в литературе нам не удалось отыскать информации о том, что представляет собой «нормальное» сердце крысы, как узнать это сердце в ряду других, как отличить один вариант сердца крысы от другого. И если даже в отношении дефинитивного сердца человека понятие нормы по-прежнему весьма неопределённо, то что говорить о сердце крысы в пренатальном и перинатальном периоде онтогенеза. Сегодня учёный, так или иначе столкнувшийся с необходимостью определить, правильно ли формируется сердце крысы в конкретные сроки перинатального периода, неизбежно окажется в тупике, ибо в современной литературе отсутствуют чёткие критерии нормальности как дефинитивного, так и примордиального сердца крысы. Так, в руководстве «Анатомия крысы», которое вышло в 2001 году, совершенно отсутствуют сведения по вопросам вариабельности формы и размеров сердца, фактически не освещены вопросы топографической анатомии кровеносных сосудов миокарда крысы. Отмечая, что «крыса является одним из классических лабораторных животных» [4], авторы не ставят перед собой задачу провести сопоставление этого животного с человеком. Между тем, отказ от сравнительно-анатомического изучения сердца делает невозможным практическое применение полученных результатов в практической медицине, в частности, в кардиохирургической практике.

Настоящая работа запланирована как комплексное исследование, посвящённое сравнительной анатомии сердца человека и крысы на этапах онтогенеза. Цель приводимого фрагмента исследования — изучение индивидуальной изменчивости сердец новорождённых крыс.

Материалы и методы. Исследование проведено на сердцах 17 новорождённых нелинейных крыс из трёх помётов. Численность выборочной совокупности n рассчитывали для ориентировочного исследования, используя статистические таблицы (Автандилов Г. Г., 2002).

Критерии включения в исследование:

• · величина помёта — от 6 до 10 особей. При такой численности помёта отмечается равномерное распределение питательных веществ в системе «мать-плацента-плод», а после рождения достигается оптимальное распределение материнского молока среди новорождённых, что позволяет считать влияние алиментарного фактора на кардиогенез одинаковым для всех плодов;
• · контролируемое спаривание: исследовали крыс, полученных от родителей, которые содержались в одинаковых условиях, не были задействованы в экспериментах и у которых отсутствовали признаки заболеваний и/или наследственные дефекты, видимые на глаз.

Критерии исключения:

• · обнаружение аномалий развития сердца при вскрытии;
• · повреждение сердца в ходе вскрытия;
• · наступление смерти в фазу систолы желудочков;
• · непригодность анатомических структур для морфометрии, возникшая вследствие неправильного выполнения анатомических методик.

Животных в возрасте, не превышающем 24 часа жизни, помещали в герметичную ёмкость, где создавали летальную концентрацию паров эфира для наркоза. Трупы вскрывали, выкраивая из передней стенки грудной клетки костно-мышечный щиток, что позволяло свести к минимуму повреждение сердца в процессе вскрытия. Извлечённые сердца промывали под проточной водой и фиксировали в течение 5 суток в жидкости Кайзерлинга (на 100 мл кипячёной воды брали 1,5 г уксуснокислого калия, а количество KNO₃ увеличивали до 5,0 для лучшей визуализации кровеносных сосудов). Морфометрию производили под бинокулярной лупой при 8 — и 16-кратном увеличении, применяя окулярные вставки, поверенные по объект-микрометру с ценой деления 0,01 мм. С некоторых препаратов делали схематические рисунки. Измеряли и рассчитывали следующие величины:

• · расстояние от верхушки до правой полуокружности аорты в месте её отхождения от сердца (длина сердца, ДС);
• · расстояние между краями сердца, измеренное на уровне венечной борозды (ширина сердца, ШС);
• · наибольший дорсовентральный размер сердца, измеренный на том же уровне (ДВР);
• · отношение ДВР к ШС;
• · индекс сердца (ИС) как отношение ШС к ДС. На основании ИС определяли морфометрические типы сердца (Ёлкин Н.И., 1971).

Статистическую обработку результатов осуществляли с помощью пакета Statistica 6.0. и программы Биостат. Оценивали тип распределения значений, определяли медиану (р50), 25 и 75-ый процентили (р25 и р75 соответственно), среднее значение Х и его стандартную ошибку S_x, рассчитывали коэффициенты ранговой корреляции Спирмена r_s. Различия считали достоверными, если полученное значение r_s превышало критическое. При необходимости применяли регрессионный анализ.

Результаты и их обсуждение.

Среднее значение ДС составляет 5,2 мм (S_x=0,103), медиана — 5,35 мм; р25 составляет 5,1 мм, р75 — 5,5 мм, однако распределение значений этого показателя отличается от нормального: первый квартиль значений почти в 5 раз протяженнее четвёртого. Следовательно, распределение ДС новорождённых крыс скошено влево и может быть аппроксимировано распределением Лапласа (рис.1). Существует вероятность того, что распределение ДС отличается от нормального ввиду малой численности выборочной совокупности.

В пользу такого предположения говорит отсутствие статистически достоверных различий между средним и медианой, что также характерно для показателя ШС и в наибольшей степени для ДВР. Средняя ШС новорождённых крыс составляет 4,14 мм (S_x=0,124), медиана — 4,0 мм. Эти же показатели ДВР равны 3,66 мм (S_x=0,074) и 3,6 мм соответственно. Для ШС р25 равен 3,75 мм, р75 — 4,5 мм. Отмечено, что в исследованной совокупности с одинаковой частотой встречаются как узкие, так и широкие сердца: 1-ый квартиль — от 3,25 мм до 3,75 мм, 4-ый квартиль от 4,5 мм до 5,1 мм. Подобная картина наблюдается и в отношении ДВР: 1 и 4-ый квартиль составляют соответственно 3,1 — 3,5 мм и 3,75 — 4,25 мм. Результаты показывают, что соотношение ДС, ШС и ДВР сердца новорождённой крысы подобно таковому у новорождённого человека. У крысы, как и у человека, ДС преобладает над ШС, а последняя — над ДВР, причём преобладание ДС над ШС выражено более явно. Выборочная совокупность характеризуется одинаковым количественным представительством «плоских» и «округлых» сердец: количество показателей 1 и 4-го квартилей ДВР практически одинаково, причём более широкие сердца встречаются столь же часто, что и сердца, имеющие относительно большие величины ДВР. Но тут следует заметить, что у широких сердец мы не всегда регистрировали большие дорсовентральные размеры. Регрессионный анализ показывает, что на крайних позициях вариационного ряда находятся как широкие, так и узкие сердца с относительно большим ДВР (рис.2). Из рис. 2 видно, что при увеличении ДВР на 0,1мм ШС возрастает примерно на 0,2 мм.А. И. Доронин, изучавший сердца плодов человека, установил, что к моменту рождения размеры сердца корреляционно связаны между собой теснее, чем когда-либо в пренатальном онтогенезе [2]. Автор отмечает, что ДС обнаруживает с ШС прямую сильную корреляционную связь (r=0,97). Наши результаты морфометрии сердец плодов крыс несколько иные. Нам не удалось отметить сильной корреляции ДС ни с одной из измеренных величин сердца. В то же время показатели ШС и ДВР образуют корреляционную пару: r_s=0,67 при критическом значении 0,662 для уровня значимости б=0,005; р=0,003<0,005.

Более тесная связь ШС с ДВР, нежели с ДС, объяснима развитием сердца из первичной трубчатой структуры, на все стенки которой давление из полости передаётся в равной мере. Соотношения габаритных размеров позволяют предположить, что на этапе формирования сигмовидного сердца концентрация рецепторов к биохимическим регуляторам кардиогенеза в разных участках сердечной трубки неодинакова. По всей вероятности, наибольшей активностью роста обладают те отделы, которые дадут начало верхушке сердца. Для понимания причин индивидуальной изменчивости сердец у особей одного вида и возраста требуются специальные исследования молекулярно-генетических основ развития сердца в сопоставлении с его анатомией.

Многие авторы традиционно выделяют три морфометрических типа сердца в зависимости от его индекса. Но насколько полно характеризует этот показатель индивидуальную изменчивость сердец? В исследованной совокупности ИС варьировал от 0,61 до 1,0. К широким и коротким сердцам, а также к сердцам переходной формы отнесли по 3 препарата, 11 сердец оказались длинными и узкими. Изучение отношения ДВР к ШС показывает, что показатель «ДВР/ШС» находится в интервале от 0,78 до 1,08. Среднее значение ДВР/ШС составляет 0,89 (S_x=0,02); распределение значений близко к нормальному, р25=0,82, р75=0,94.

Сказанное свидетельствует о том, что в раннем неонатальном периоде сердца крыс нельзя по их габаритным характеристикам априорно считать полностью тождественными сердцам человека соответствующего возрастного периода. При сопоставлении сердец человека и животных следует учитывать, по меньшей мере, два фактора. Первый — соотношение сердец с размерами тела и грудной клетки. Для новорождённой крысы характерны длинные сердца (при определении их типа по классификации Н. И. Ёлкина, которая разработана для человека), но ведь и само это животное отличается от человека более явным преобладанием продольных над поперечными и дорсовентральными размерами. Второй фактор — темпы морфогенеза сердца и внутрисердечных структур, неодинаковые для представителей разных видов. Так, например, внешняя предсердно-желудочковая борозда появляется у человека на 20−23 сутки, а у крысы — в середине 9-х суток гестационного возраста, что приходится соответственно на 1/9 — 1/10 и ½ — 1/25 пренатального периода. Формирование миокарда человека заканчивается на 7-ой месяц, а миокарда крысы — на 14-ый день постнатального развития [1]. Таким образом, гетерохронность морфогенеза не позволяет без сопоставления этапов развития механистически сравнивать морфометрические показатели сердец представителей разных видов, а тем более переносить на человека результаты, полученные в эксперименте, не обосновав корректность экстраполяции.

Критерии включения в морфометрическую группу (тип), по нашему мнению, должны подчиняться принципу сомато-висцеральной пропорциональности. При этом важно не то, что сердце является, к примеру, длинным и узким или коротким и широким; гораздо больший интерес представляет соотношение размеров сердца с размерами грудной клетки, с размерами тела. При определении типа сердца помимо его габаритных размеров следует учитывать гармоничность развития органа, а также индивидуальную изменчивость его морфометрических показателей. Говоря об изменчивости, следует иметь ввиду также и макромикроскопический уровень [3], тем более что рядом исследователей [5.6] доказано, что разным макроскопическим вариантам сердец соответствуют различные типы кровоснабжения сердца, типы строения проводящей системы.

Выводы:

• 1. Габаритные размеры сердец новорождённых крыс весьма вариабельны; наибольшей индивидуальной изменчивостью характеризуется длина сердца.
• 2. У сердец новорождённых крыс продольные размеры преобладают над поперечными и дорсовентральными. У новорождённых детей такая закономерность, судя по данным литературы, также существует, но выражена менее ярко. Для обычно сформированного («нормального») сердца новорождённой крысы характерна длина 5,1 — 5,5 мм, ширина 3,75 — 4,5 мм, дорсовентральный размер 3,5 — 3,75 мм.
• 3. Индекс сердца не отражает всей полноты индивидуальной изменчивости. Для отнесения сердца к тому или иному морфометрическому типу необходимо руководствоваться интегральными показателями, которые учитывали бы как макро-, так и микроанатомические параметры, и отражали бы гармоничность развития сердца и внутрисердечных структур.

сердце онтогенез крыса человек.